趙 習(xí) 剛

(南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008)

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軟土地區(qū)橋梁臺(tái)后路基處理設(shè)計(jì)研究

趙 習(xí) 剛

(南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008)

根據(jù)橋后跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，從橋臺(tái)后現(xiàn)狀土基處理與橋臺(tái)后路基填料比選兩方面，介紹了橋臺(tái)后路基處理的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例，探討了橋梁臺(tái)后軟基處理方案的選取及設(shè)計(jì)方法，旨在減小橋梁臺(tái)后不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，保證后臺(tái)路基的穩(wěn)定性。

軟土地區(qū)，橋梁，路基，軟基處理

0 引言

由于濱海、湖沼、谷地、河灘沉積地區(qū)土質(zhì)存在高含水量、高孔隙比、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低等特性，存在較厚的軟土層，該區(qū)域軟土土質(zhì)的道路路基承載力較低，同時(shí)由于橋梁凈空需求，橋臺(tái)臺(tái)后填土厚度較大，臺(tái)后路基為原狀軟土層的情況下容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。橋梁臺(tái)后高填方路基在長(zhǎng)期荷載作用下容易產(chǎn)生較大沉降，而相鄰的橋梁結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)穿過(guò)軟土層或者較大深度進(jìn)入軟土層，承載力高，結(jié)構(gòu)整體沉降量較小，因此軟土地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)與臺(tái)后路基之間容易產(chǎn)生較大不均勻沉降，產(chǎn)生普遍存在的橋后跳車現(xiàn)象，使得車輛通行舒適性較差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響道路通行安全。綜上所述，軟土地區(qū)橋梁臺(tái)后路基必須進(jìn)行地基處理。

1 橋涵后軟基處理方案選擇

目前道路路基軟土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，其天然孔隙比e0≥1.0，十字板剪切強(qiáng)度τ<35 kPa，壓縮系數(shù)a0.1-0.2>0.5。由于橋臺(tái)后10 cm工后沉降要求，常規(guī)的排水固結(jié)及針對(duì)夯實(shí)等方法在深厚軟土的橋后處理中一般難以達(dá)到工后沉降控制要求，因此軟土地區(qū)橋后路基往往選擇樁基進(jìn)行處理，根據(jù)軟土地區(qū)多年的工作經(jīng)驗(yàn)及已建工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，橋頭跳車是結(jié)構(gòu)物與臺(tái)后路基不均勻沉降客觀上造成的病害，軟土地區(qū)橋梁和道路建設(shè)的頑疾，始終未能得到真正有效的治理。橋后跳車原因主要有以下幾種：1)橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)地基處理不徹底，引起地基基礎(chǔ)下沉；2)臺(tái)后柔性路基填筑設(shè)計(jì)、施工工后沉降過(guò)大。

這兩點(diǎn)可對(duì)橋后土基處理、填料選擇等進(jìn)行控制和預(yù)防，而結(jié)構(gòu)物與路堤間的剛?cè)嵬蛔兙托枰线m的橋后搭板進(jìn)行過(guò)渡，并防止臺(tái)背填料下沉引起的橋頭跳車。

橋臺(tái)后作為路段與橋梁構(gòu)筑物的銜接點(diǎn)，與常規(guī)道路填筑有所不同，必須考慮橋臺(tái)和橋后擋土墻對(duì)填料壓實(shí)及攤鋪的影響，臺(tái)后壓路機(jī)一般難以達(dá)到壓實(shí)。

因此，橋臺(tái)后路基處理包括兩大關(guān)鍵點(diǎn)：1)橋臺(tái)后現(xiàn)狀土基處理；2)橋臺(tái)后路基填料比選。

1.1 橋臺(tái)后現(xiàn)狀土基處理

根據(jù)橋臺(tái)后路基土質(zhì)情況及填筑高度，目前常用的幾種橋臺(tái)后路基處理方法概述如下：

1)水泥土攪拌樁處理。水泥土攪拌樁復(fù)合地基：水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)作用，形成的抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高得多，并具有整體性、水穩(wěn)性且壓縮性小的水泥加固土樁體。施工速度快，無(wú)需預(yù)壓。一般工程中處理深度最長(zhǎng)為15 m。深層攪拌法常用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土(軟塑、可塑)等土層。水泥土攪拌樁干法加固深度不宜大于15 m，濕法加固深度不宜大于20 m。

2)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁一般在預(yù)制廠用離心法生產(chǎn)。樁徑有300 mm，400 mm，500 mm等，每節(jié)長(zhǎng)度8 m，10 m，12 m不等，接樁時(shí)，接頭數(shù)量不宜超過(guò)4個(gè)。管壁內(nèi)設(shè)Φ12 mm～Φ22 mm主筋10根～20根，外面繞以Φ6 mm螺旋箍筋，多以C30混凝土制造?；炷凉軜陡鞴?jié)段之間的連接可以用角鋼焊接或法蘭螺栓連接。由于用離心法成型，混凝土中多余的水分由于離心力而甩出，故混凝土致密，強(qiáng)度高，抵抗地下水和其他腐蝕的性能好。

3)高壓旋噴樁。高壓旋噴樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。施工占地少、振動(dòng)小、噪聲較低，對(duì)于特殊的不能使噴出漿液凝固的土質(zhì)不宜采用。施工速度快，處理深度可達(dá)30 m。

4)CFG樁處理。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的具有一定強(qiáng)度的可變強(qiáng)度樁。CFG樁是一種低強(qiáng)度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力共同作用，并可傳遞荷載到深層地基中去，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。

1.2 橋臺(tái)后路基填料比選

根據(jù)軟土路基處理工程經(jīng)驗(yàn)，路基填料的合理選擇對(duì)橋臺(tái)后壓實(shí)度的保證，工后沉降的控制均有很大關(guān)系，常見的臺(tái)后填料主要有以下幾種：1)砂石：合理級(jí)配的碎石和砂混合料。2)宕渣：山體爆破后的碎石和土石混合物。3)EPS輕質(zhì)填料：主要有塊材和粒料兩種，是由可發(fā)性聚苯乙烯原料經(jīng)過(guò)預(yù)發(fā)、熟化、成型、烘干和切割等工藝制成。用作路基填料的EPS材料密度不宜小于20 kg/m3，壓縮模量不宜小于3.5 MPa，抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于250 kPa。4)粉煤灰：是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。5)氣泡混凝土：通過(guò)引氣劑，對(duì)現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行特殊的孔隙處理，可有效的減小臺(tái)后填料的自重，同時(shí)混凝土可提供可靠的材料強(qiáng)度，也能同時(shí)滿足工后沉降及路基填料強(qiáng)度要求。氣泡混凝土施工最小濕重度不應(yīng)小于5.0 kN/m3，最大濕重度不宜大于11.0 kN/m3。高速公路、一級(jí)公路中，輕、中等及重交通情況下用作路床填料時(shí)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa，用作路堤填料時(shí)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa；二級(jí)及以下公路用作路床填料時(shí)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa，用作路堤填料時(shí)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa。

當(dāng)軟土地區(qū)臺(tái)后填筑高度較大時(shí)，選擇輕質(zhì)填料可有效減小臺(tái)后不均勻沉降。泡沫輕質(zhì)填料填筑路基時(shí)，除應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算外，尚應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、抗滑動(dòng)、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。

2 橋梁臺(tái)后路基處理方案研究

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

1)沉降計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、城市主干路橋臺(tái)臺(tái)后容許工后沉降不大于0.1 m，二級(jí)公路、城市次干路、城市支路橋臺(tái)臺(tái)后容許工后沉降不大于0.2 m；沉降計(jì)算采用分層總和法計(jì)算，總沉降(S)采用沉降系數(shù)(ms)乘以主固結(jié)沉降(Sc)：S=msSc。

2)穩(wěn)定驗(yàn)算。軟土路基土層特性，穩(wěn)定驗(yàn)算采用瑞典圓弧滑動(dòng)法中的固結(jié)有效應(yīng)力法，改進(jìn)總強(qiáng)度法，土層考慮固結(jié)；固結(jié)有效應(yīng)力法采用直剪快剪強(qiáng)度指標(biāo)，考慮固結(jié)時(shí)安全系數(shù)大于1.2；改進(jìn)總強(qiáng)度法采用靜力觸探、十字板剪指標(biāo)，考慮固結(jié)時(shí)安全系數(shù)大于1.3。

3)輕質(zhì)填料強(qiáng)度、抗滑動(dòng)、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。

2.2 橋梁臺(tái)后軟基處理方案

根據(jù)溫州地區(qū)軟基特點(diǎn)及工程經(jīng)驗(yàn)，研究分析橋梁臺(tái)后路基處理方案。

本項(xiàng)目位于溫州市甌海中心區(qū)，道路標(biāo)準(zhǔn)段寬度40 m，雙向六車道路幅，為城市主干道，橋頭路面標(biāo)高7.6 m，橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，承臺(tái)頂標(biāo)高1.0 m，臺(tái)后路堤兩側(cè)采用鋼筋混凝土擋墻與橋臺(tái)耳墻銜接，考慮承臺(tái)開挖及回填，橋梁臺(tái)后填土高度6.6 m，橋頭地質(zhì)鉆孔土層頂標(biāo)高3.3 m，水位標(biāo)高2.6 m，土層參數(shù)如表1所示。

橋頭路基采用水泥攪拌樁處理，樁徑0.6 m，間距1.2 m，等邊三角形布置，樁長(zhǎng)15 m(根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)間距取最小值，樁長(zhǎng)取最大值)。方案一臺(tái)后路面結(jié)構(gòu)以下填料采用常規(guī)的透水性好的砂礫，方案二臺(tái)后路面結(jié)構(gòu)以下填料采用氣泡混凝土輕質(zhì)填料填筑。采用巖土理正軟件進(jìn)行軟基驗(yàn)算。

表1 土層參數(shù)表

考慮路堤荷載取現(xiàn)狀地面標(biāo)高以上土層厚度，第1層為3.2 m路堤填料層，第2層為1.2 m厚路面結(jié)構(gòu)層；計(jì)算荷載高度4.3 m。水泥攪拌樁樁頂30 cm片石嵌擠，樁頂鋪筑50 cm砂礫墊層，砂礫中間鋪設(shè)三向鋼塑土工格柵。

深度修正后的復(fù)合地基承載力：淤泥質(zhì)土，僅進(jìn)行深度修正，埋深從天然地面算起，fa=fspk+ηdγm(h-0.5)，ηd=1.0，γm=6.2kN/m3，經(jīng)計(jì)算fa=108kN。

方案一，第1層路堤填料為3.2m砂礫層，重度9kN/m3，路面竣工時(shí),地基沉降0.532m，基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降0.154m>0.1m,各層穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2。

方案二，第1層路堤填料為3.2m氣泡混凝土，重度9kN/m3，路面竣工時(shí),地基沉降0.32m，基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降 0.089m<0.1m，各層穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2。氣泡混凝土輕質(zhì)填料底層為平面，頂上1.2 m路面結(jié)構(gòu)層壓重，抗滑動(dòng)、抗浮驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

方案一橋臺(tái)臺(tái)后處理斷面見圖1，方案二橋臺(tái)臺(tái)后處理斷面見圖2。

因此，本項(xiàng)目采用水泥攪拌樁結(jié)合氣泡混凝土輕質(zhì)填料處理臺(tái)后路基，能有效減小臺(tái)后工后沉降，達(dá)到規(guī)范容許工后變形要求。

3 結(jié)語(yǔ)

軟土地區(qū)橋梁臺(tái)后道路路基沉降較大，需進(jìn)行地基處理，并采用輕質(zhì)填料填筑：橋臺(tái)臺(tái)后填筑高度在4 m左右，可以有效減小路基工后沉降，達(dá)到路基規(guī)范要求。在橋梁臺(tái)后填方高度大于4 m的路基填筑時(shí)，建議采用水泥攪拌樁結(jié)合超載預(yù)壓方式處理，超載預(yù)壓期不小于6個(gè)月。

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Study on bridge abutment post-foundation treatment design in soft soil area

Zhao Xigang

(NanjingMunicipalDesignAcademyCo.,Ltd,Nanjing210008,China)

According to bridge abutment bump phenomenon causes, starting from two aspects of bridge abutment post soil foundation treatment and abutment post subgrade filling comparison, the paper introduces critical techniques of abutment post subgrade treatment, and explores bridge abutment post soft foundation scheme selection and design methods by combining with examples, with a view to reduce uneven abutment post subsidence and to guarantee the subgrade stability.

soft soil area, bridge, subgrade, soft foundation treatment

1009-6825(2016)32-0198-03

2016-09-06

趙習(xí)剛(1983- )，男，工程師

U416.1

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